POVIJESNI RAZVOJ RAUNALA Od abaka do mikroprocesora PROF

POVIJESNI RAZVOJ RAČUNALA Od abaka do mikroprocesora PROF IL

Uvod Računanje je kao potreba prisutna još od ranog stadija ljudske povijesti. U početku su ljudi brojili, uspoređivali, mjerili … i zapisivali dobivene rezultate. ü Koristili su se brojenjem na prste – 10 prstiju uvjetovalo je stvaranje dekadskog brojevnog sustava. ü uporaba kamenčića za brojenje i računanje ü urezivanje zareza na štap, drvo, kamen…

Uvod Računanje je kao potreba prisutna od ranog stadija ljudske povijesti. U početku su ljudi brojili, uspoređivali, mjerili… i zapisivali dobivene rezultate. Etape računalnih pomagala: 1. ručna obrada podataka - najstarija računalna pomagala 2. mehanička računala 3. elektromehanička računala 4. elektronička računala Pregledaj i prouči: http: //os-ekumicica-velikagorica. skole. hr/upload/os-ekumicicavelikagorica/newsattach/302/udzbenik-povijest_racunala. pdf http: //www. zbrdazdola. com/infobible/razvoj_racunala_kroz_povijest. htm http: //web. studenti. math. pmf. unizg. hr/~bozana/povijest. html http: //web. studenti. math. pmf. unizg. hr/~bozana/generacije. html

Najstarija računala Abak – najstarije poznato pomagalo (oko 3000. god. pr. Krista). Predstavlja početak razvoja mehaničkih naprava za obradu podataka. Njime su se koristili stari Grci i Rimljani. U Europi je u uporabi do 17. st. Na Dalekom istoku se njime služe i danas. Školski abakus

Mehanička računala 1/4 1. Mehanički kalkulator (1623. ) - Wilhelma Schickarda (1592 -1635 ), računa četiri osnovne matematičke operacije.

Mehanička računala 2/4 Pascalina - mehanički računski stroj (1642. ) - Blaisea Pascala (1623. - 1662. ) Stroj se sastojao od zupčanika. Svaki je zupčanik na plošnoj strani imao označene znamenke od 0 do 9. Taj je princip korišten u radu mehaničkih računskih strojeva do kasnih 1960 -ih. Po njegovu principu i danas se mjeri protok vode, plina …

Mehanička računala 3/4 The Leibniz Calculator (1672. ) Gottfrieda Wilhelma von Leibnitza (1646. 1716. ), jest računalo koje je zbrajalo, oduzimalo, množilo, dijelilo i računalo drugi korijen. - utemeljio binarni brojevni sustav

Mehanička računala 3/4 Francuz Josip-Marie Jacquard - izumio privitak na razboju (1801. ) – bušena katica upravlja tkalačkim stanom

Bušena kartica • Medij za spremanje podataka • Bušene kartice su napravljene od krutog kartona, a podaci se spremaju bušenjem rupa na određenom mjestu na kartici. • to je najjednostavniji oblik sačuvanja digitalnih podataka: rupica označuje jedinicu, a nedostatak rupice označava nulu

Mehanička računala 3/4 Charles Xavier Thomas de Colmar – je na temelju Pascalovog i Leibnizovog izuma 1820. godine proizveo Arithmometer (aritmometar) – prvi komercijalno uspješni mehanički kalkulator.

Mehanička računala 4/4 Diferencijalni stroj (1822. )– računalni uređaj pokretan parnim strojem Analitički stroj (1834. ) - Charlesa Babbagea (1791. -1871. ), imao je sve elemente suvremenoga računala: ulazno-izlaznu jedinicu, jedinicu za pohranjivanje podataka (memoriju), središnju jedinicu. Njime se programski upravljalo s pomoću bušenih kartica (programski jezik i binarni brojevni sustav).

Mehanička računala 4/4 Prvi program za analitički stroj napisala je Bbageova prijateljica Ada Lvelace rođena Byron (kći pjesnika Lorda Byrona). - Programski jezik ADA

Elektromehanička računala 1/1 Sortirni stroj (tabulating machine, 1890. ) Hermana Holleritha (1860. – 1929. ), obrađivao je podatke pohranjene na bušenim karticama. Njime su se koristili za obradu podataka popisa stanovništva - vrijeme obrade podataka s nekoliko godina skratilo se na svega tri mjeseca. Kako je stroj imao praktičnu primjenu počela je komercijalna proizvodnja ovih strojeva, a Hollerith je osnovao tvrtku “Computing Tabulating Recording Company” koja je kasnije prerasla u “International Business Machine (IBM)”, jednog od najvećih proizvođača računala na svijetu.

Elektronička računala Z 1 (1938. ) nijemac Konrad Zuse – prvi programom upravljani električni stroj za računanje Z 3 (1941. ) - prvi potpuno automatski stroj za računanje koji koristi binarni sustav

Elektronička računala 1/4 Mark 1 (1944. ) Howarda Aikena (1900. -1973. ), prvo je digitalno računalo s elektromehaničkim relejima. Bio je to prvi stroj koji je mogao riješiti dugačke popise matematičkih problema. Njime su se koristili do 1959. godine u američkoj mornarici.

Elektronička računala 2/4 Colossus (1943. ) Alana Turinga (1912. - 1954. ), izumljen je da bi se dešifrirao njemački stroj za šifriranje – enigma. Prvi su put uporabljene elektronske cijevi. Alan Touring prvi je uporabio naziv “computer” (računalo). Colossus – nije računalo jer je obavljao samo jednu operaciju – dešifriranje. Nije bio programobilanlan.

Generacije elektronička računala I. generacije 1951. – 1959. računala II. generacije 1959. – 1964. računala III. generacije 1965. – 1971. računala IV. generacije 1971. -danas računala V. generacije u razvoju (umjetna inteligencija) Računala VI. generacije u razvoju (neuronske mreže)

Generacije elektronička računala 1/5 Računala I. generacije: • građena su od elektroničkih cijevi • velikih su dimenzijama • velika je potrošnja energije • nisu pouzdani u radu. ENIAC

Elektronička računala prve generacije ENIAC je kratica od engleske složenice Electronic Numerical Integrator And Computer i ime je prvog programabilnog računala konstruiranog u. Americi pri University of Pennsylvania. ENIAC je bio predstavljen široj javnosti 14. veljače 1946. , i radio je sve do 2. studenog 1955. kada je bio demontiran. ENIAC je bio unikatni proizvod i nikada nije pušten u serijsku proizvodnju. Računalo velikih dimenzija i težine 30 -ak tona. Sastojao se od 18. 000 elektroničkih cijevi i 70. 000 otpornika. Za rad mu je trebalo osigurati 150 k. W snage električne energije. Vrijeme između dva kvara približno je iznosilo 12 sati. ENIAC je razvijen u Moore School of Electrical Engineering pri University of Pennsylvania između 1943. i 1946. na osnovi projekta kojeg su razradili Dr John Mauchly i John Adam Persper Eckert Jr • ulazna jedinica: IBM čitač bušenih kartica • izlazna jedinica: IBM pisač • mod operacije: Paralelan • osnovna jedinica: 10 -znamenkasti decimalni broj sa znakom (pozitivni ili negativni broj) • memorija: 20 decimalnih brojeva po 10 znamenki (200 znamenaka) • brzina računanja: • 5000 operacija po svakoj jedinici memorije ili ukupno 100, 000 operacija u sekundi • 357 operacija množenja u sekundi • 38 operacija dijeljenja u sekundi

Generacije elektronička računala Računala II. generacije: • elektroničke su cijevi zamijenjene poluvodičkim elementima – tranzistorima • poboljšanja: smanjena dimenzija računala, smanjena potrošnja energije, manje se zagrijava i pouzdaniji u radu. UNIVAC 1

Elektronička računala 4/4 UNIVAC (Universal Automatic Computer, 1951. ) razvio je Remington Rand. To je bilo prvo računalo za prodaju. Proizvedeno je ukupno 46 UNIVAC računala, a cijena mu je bila veća od milijun dolara.

Tranzistor • Zahvaljujući posebnoj osobini koju ima specijalno obrađeni silicij(tzv. poluvodič) – tranzistor kao sklopka može biti uključen ili isključen – izvršava jednostavnu operaciju nad 1 bitom podataka • Kombiniranjem većeg broja tranzistora u složenije elektroničke sklopove, moguće je izvršavati i složenije operacije • Ostvarenjem više paralelnih sklopova za istu operaciju, moguće je odjednom izvršiti operaciju nad više bitova i tako znatno povećati brzinu izvršavanja složene operacije.

• Kada su znanstvenici uspjeli na malu površinu smjestiti i međusobno povezati više tranzistora, to je omogućilo nastanak integriranih krugova (čipova). • Daljnjim povećanjem integracije tranzistora razvijeni su mikroprocesori (skraćeno procesori). • Zbog visokog stupnja integracije današnji mikroprocesori u sebi sadrže nekoliko stotina milijuna tranzistora i sposobni su izvršiti milijune operacija u sekundi.

Generacije elektronička računala 3/5 Računala III. generacije: • tranzistori su zamijenjeni integriranim sklopovima (kombiniranje većeg broja tranzistora u složenije elektroničke sklopove - integrirani krug (čip)) • poboljšanja: sve karakteristike prethodne generacije znatno su poboljšane, a omogućeno je višezadaćno programiranje i uporaba operacijskoga sustava. VAX 780

Generacije elektronička računala 4/5 Intel 4004 Računala IV. generacije: • prvi mikroprocesor, Intel 4004, označio je početak računala četvrte generacije • jeftinija proizvodnja računala malih dimenzija i velikih mogućnost pri obradi podataka. • osobna računala – 1977. godine Apple Macintosh tvrtke Apple; 1981. osobno računalo tvrtke IBM Četvrta generacija računala još uvijek traje.

Generacije elektronička računala 5/5 Računala V. generacije: • osnovni su elementi super visoko integrirani krugovi – čipovi • razvijaju ih razvijenije zemlje Zapada i Japan • računala se povezuju u mreže, što omogućuje da dva ili više računala rade istovremeno na istom zadatku • odlike ove generacije su umjetna inteligencija, prepoznavanje govora, dodira i druge slične rutine.

Generacije elektronička računala 5/5 Računala VI. generacije: • osnovni su elementi super visoko integrirani procesori Danas se još razvijaju i računala bazirana na neuronskim mrežama (šesta generacija). Neuronska mreža je struktura u kojoj se informacije obrađuju velikim brojem procesora (desecima tisuća) čime se postiže velika brzina obrade i paralelna obrada.

Vrste osobnih računala • 1. Podjela prema proizvođačkom standardu: a) IBM standard b) Apple standard Kompatibilnost računala – računala nisu međusobno uskladiva • 2. Podjela po prenosivosti (stolna, prijenosna (nekoliko podvrsta), poslužiteljska (serveri)) • 3. Podjela prema proizvođaču procesora : Intel i AMD

Procesor (CPU) - Elektronički sklop koji izvodi različite vrste operacija CPU Upravljačka jedinica Registri ALU (Aritmetičko – logička jedinica) Upravlja, kontrolira i uređuje rad svih dijelova procesora. Brze memorijske ćelije, koje ALU upotrebljava za izvođenje operacija. Izvodi osnovne operacije • aritmetičke +, -, *, / • logičke AND, OR, NOT • uspoređivanja >, <, =

Von Neumannova arhitektura (VNA) • • • Von Neumannova arhitektura (VNA) dobila je naziv po matematičaru John von Neumannu koji je bio konzultant prilikom izgradnje računala prve generacije ENIAC. Von Neumann je dokumentirao organizaciju ENIAC-a i zbog tog se razloga sva računala koja imaju sličnu organizaciju ili arhitekturu nazivaju računala sa von Neumannovom arhitekturom. Odlike von Neumanove arhitekture su definirane s tri svojstva: programi i podaci koriste jedinstvenu glavnu memoriju glavnoj se memoriji pristupa kao jednodimenzionalnom nizu (tj. sekvencijalno) značenje (semantika) ili način primjene podataka nije spremljeno s podacima. VNA računala imaju sljedeće gradivne elemente koji su prisutni i u ostalim arhitekturama: Aritmetičko-logička jedinica (ALU) - obavlja aritmetičko-logičke operacije Upravljačka jedinica - pretvara naredbe u signale unutar računala Glavna memorija - za spremanje podataka i izvršnog koda Ulazno/izlazne jedinice - pružaju sučelje između korisnika ili ostalih dijelovima računala, npr. sekundarnim memorijama(tvrdi disk, disketa, …)

RISC • • • RISC je kratica za Reduced Instruction Set Computer ili tip središnje jedinice (procesora) sa smanjenim skupom naredaba. Filozofija RISC-a svodi se na: stvaranje procesora s manjim opsegom naredaba povećanjem broja registara dostupnim CPU stavljanjem cache memorija na CPU korištenje tzv. pipelining-a koji omogućuje izvršavanje više naredaba unutar jednog otkucaja unutarnjeg sata CPU-a Napomena: Većina novih procesora je bazirani na arhitekturi RISC u samoj svojoj jezgri, no takvi procesori prevode instrukcijski set CISC u RISC da bi se postigla veća brzina izvršavanja. Prvi takvi procesori datiraju iz doba Pentiuma 1.

CISC je engleska kratica za Complex Instruction Set Computer i ona označava računarsku arhitekturu čija je filozofija gradnje ta da uvrsti što je moguće više naredbi na mikro razini - to jest na razini centralne jedinice (CPU). • CISC arhitektura ima nekoliko prednosti: • naredbe su izvedene na razini elektronike u centralnoj jedinici ili u mikro programu • izvršavanje naredbi je brzo Nedostaci CISC arhitekture su: • zbog izvođenja naredbi na mikro razini CPU postaje složeniji i skuplji za proizvodnju • zbog složenosti elektronskih krugova moguće su veće greške tokom izrade, a kada su greške izvedene, u stvari ih je skoro nemoguće ispraviti • teže je proizvesti nove generacije mikroprocesora • neke ugrađene naredbe su možda neefikasne zbog dostupnosti novih algoritama ili zbog nemarnosti dizajnera • mali broj naredbi od cijelog dostupnog skupa naredbi se koristi (80/20 pravilo) • Napomena: Svi noviji procesori koriste RISC jezgru, a oni na kojima se izvodi CISC kod, prevode isti u RISC i postižu veće performanse. Prvi primjeri takvih procesora su: • Intel Pentium PRO • Next. Gen Nx 586 • AMD k 5 • AMD k 6 •

Načela rada računala po von Neumannovom modelu Ulazno – izlazne jedinice Ulazne jedinice Vanjski spremnici Izlazne jedinice Glavni unutarnji spremnik CPU Upravljačka jedinica Registri ALU (Aritmetičko – Protok podataka i programa kroz dijelove računala ) logička jedinica Upravljanje dijelovima računala

Registri • • • Procesor ima mnoštvo registara različitih namjena Registar se sastoji od više bitova 8, 16, 32 i 64 bita Procesorska riječ – određuje ju širina registra Binarno predstavljeni podaci, koji tijekom obrade putuju između procesora i spremnika računala smještaju se na određena mjesta tzv. Memorijske lokacije imaju svoje adrese

Ulazne jedinice – služe za unošenje podataka u računalo • • Tipkovnica Miš Igraća palica Crtaća ploča Skener (optički čitač) Mikrofon Digitalni fotoaparat Videokamera i web-kamera Vrste kućišta računala: http: //www. servisracunala. net/skola/kuciste. htm

Vanjske memorije: http: //www 2. geof. unizg. hr/~nvucetic/mediji%20 za%20 pohranu%20 podataka. pdf • Magnetski mediji https: //ucimo-zajedno. wikispaces. com/Magnetski+mediji++za+pohranu+podataka Tvrdi disk (HDD) https: //hr. wikipedia. org/wiki/Tvrdi_disk HDD disk i SSD disk – usporedba: http: //www. sandasutalo. from. hr/index. php? option=com_content&view=article&id=15&Ite mid=34

Vanjske memorije: • Optički mediji https: //ucimo-zajedno. wikispaces. com/Opti%C 4%8 Dki+mediji+za+pohranu+podataka. +CD%2 C+DVD.

Vanjske memorije: • Poluvodički mediji http: //www. sanda-sutalo. from. hr/index. php? option=com_content&view=article&id=15&Itemid=34

Izlazne jedinice – za prikaz podataka • • Monitor Projektor Pisač Crtač Zvučnici Slušalice Televizor

Logička stanja • • Procesor i glavni unutarnji spremnik razjenjuju podatke u oba smjera u obliku električnih impulsa (dvije naponske razine – viša (1 – istina), niža (0 -laž) Sabirnice – zajednički sustav vodova (po kojima putuju električni impulsi). Oznaka Namjena ATA(IDE) Tvrdi disk, CD-ROM USB Univerzalna sabirnica za ralizčite uređaje PCI-E Grafičke kartice S-ATA Tvrdi disk AGP Grafičke kartice IEEE 1394 (Fire. Wire) Digitalna videokamera SCSI Tvrdi disk, skener, CD-ROM PCI Univerzalna sabirnica za proširenje računala

Pojam BYTE za grupu bitova koji opisuju jedan znak • https: //en. wikipedia. org/wiki/Byte • https: //hr. wikipedia. org/wiki/Bajt

Ulazno –izlazni pristupi • Usporedni (paralelni) pristup – odjednom se prenosi cijeli sadržaj registra (n+1 vodova – n podatkovnih vodova + 1 povratni vod ) • Slijedni (serijski pristup) - podaci se prenose slijedno, jedan iza drugoga - (1 podatkovni vod + 1 povratni vod) • Vrste priključaka (univerzalni prikljuci USB – Univerzal Serial Bus

Brzina procesora • • • je količina podataka obrađenih u jedinici vremena O čemu ovisi brzina procesora? 1. Frekvencija takta (clok) procesora – svaka opracija odvija se u jednom vremenskom koraku, što je korak kraći više se izvodi elementarnih operacija – broj koraka u jedinici vremena predstavlja frekvenciju ili takt procesora izražava se u hercima (Hz) – veće jedinice megaherci(MHz) ili gigaherci (GHz)

• • 2. Veličina registra procesora – procesor može u jednom taktu obraditi onoliko bitova koliko mu stane u registar (8, 16, 32, 64 bita) 3. Građa (arhitektura ) procesora – potrebno vrijeme za obradu podataka bitno ovisi o načinu njihove dobave iz radnog spremnika i obrade – dodatna količina memorije (brza ili priručna memorija(cache)

Obradba podataka PROGRAM PODATAK RAČUNALO REZULTAT

Podatak? Znate li što predočuje broj 5064? Stablo bora (Pinus longeaeva) koji raste na planini White Mountains u Kaliforniji (SAD)

Povijesni razvoj računala Ponovimo 1. Koliko je računarskih generacija u razvoju računala? 2. Koje računalo predstavlja početak I. generacije računala? 3. Kojoj generaciji računala pripadaju današnja računala? 4. Koje su odlike V. generacije računala? 5. Koje su odlike VI. generacije računala?